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linux 系統(tǒng)監(jiān)控、診斷工具之 IO wait

作者：xrzs
系統(tǒng) Linux 系統(tǒng)運(yùn)維
最近在做日志的實(shí)時(shí)同步，上線之前是做過單份線上日志壓力測試的，消息隊(duì)列和客戶端、本機(jī)都沒問題，但是沒想到上了第二份日志之后，問題來了……

1、問題：

最近在做日志的實(shí)時(shí)同步，上線之前是做過單份線上日志壓力測試的，消息隊(duì)列和客戶端、本機(jī)都沒問題，但是沒想到上了第二份日志之后，問題來了：

集群中的某臺(tái)機(jī)器 top 看到負(fù)載巨高，集群中的機(jī)器硬件配置一樣，部署的軟件都一樣，卻單單這一臺(tái)負(fù)載有問題，初步猜測可能硬件有問題了。

同時(shí)，我們還需要把負(fù)載有異常的罪魁禍?zhǔn)拙境鰜?，到時(shí)候從軟件、硬件層面分別尋找解決方案。

2、排查：

從 top 中可以看到 load average 偏高，%wa 偏高，%us 很低：

 

從上圖我們大致可以推斷 IO 遇到了瓶頸，下面我們可以再用相關(guān)的 IO 診斷工具，具體的驗(yàn)證排查下。

 

PS：如果你對 top 的用法不了解，請參考我去年寫的一篇博文：

linux 系統(tǒng)監(jiān)控、診斷工具之 top 詳解

常用組合方式有如下幾種：

• 用vmstat、sar、iostat檢測是否是CPU瓶頸
• 用free、vmstat檢測是否是內(nèi)存瓶頸
• 用iostat、dmesg 檢測是否是磁盤I/O瓶頸
• 用netstat檢測是否是網(wǎng)絡(luò)帶寬瓶頸

2.1 vmstat

vmstat命令的含義為顯示虛擬內(nèi)存狀態(tài)（“Viryual Memor Statics”），但是它可以報(bào)告關(guān)于進(jìn)程、內(nèi)存、I/O等系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)。

它的相關(guān)字段說明如下：

  1. Procs（進(jìn)程）  
  2. • r: 運(yùn)行隊(duì)列中進(jìn)程數(shù)量，這個(gè)值也可以判斷是否需要增加CPU。（長期大于1）  
  3. • b: 等待IO的進(jìn)程數(shù)量，也就是處在非中斷睡眠狀態(tài)的進(jìn)程數(shù)，展示了正在執(zhí)行和等待CPU資源的任務(wù)個(gè)數(shù)。當(dāng)這個(gè)值超過了CPU數(shù)目，就會(huì)出現(xiàn)CPU瓶頸了  
  4.    
  5. Memory（內(nèi)存）  
  6. • swpd: 使用虛擬內(nèi)存大小，如果swpd的值不為0，但是SI，SO的值長期為0，這種情況不會(huì)影響系統(tǒng)性能。  
  7. • free: 空閑物理內(nèi)存大小。  
  8. • buff: 用作緩沖的內(nèi)存大小。  
  9. • cache: 用作緩存的內(nèi)存大小，如果cache的值大的時(shí)候，說明cache處的文件數(shù)多，如果頻繁訪問到的文件都能被cache處，那么磁盤的讀IO bi會(huì)非常小。  
  10.    
  11. Swap  
  12. • si: 每秒從交換區(qū)寫到內(nèi)存的大小，由磁盤調(diào)入內(nèi)存。  
  13. • so: 每秒寫入交換區(qū)的內(nèi)存大小，由內(nèi)存調(diào)入磁盤。  
  14. 注意：內(nèi)存夠用的時(shí)候，這2個(gè)值都是0，如果這2個(gè)值長期大于0時(shí)，系統(tǒng)性能會(huì)受到影響，磁盤IO和CPU資源都會(huì)被消耗。有些朋友看到空閑內(nèi)存（free）很少的或接近于0時(shí)，就認(rèn)為內(nèi)存不夠用了，不能光看這一點(diǎn)，還要結(jié)合si和so，如果free很少，但是si和so也很少（大多時(shí)候是0），那么不用擔(dān)心，系統(tǒng)性能這時(shí)不會(huì)受到影響的。  
  15.    
  16. IO（現(xiàn)在的Linux版本塊的大小為1kb）  
  17. • bi: 每秒讀取的塊數(shù)  
  18. • bo: 每秒寫入的塊數(shù)  
  19. 注意：隨機(jī)磁盤讀寫的時(shí)候，這2個(gè)值越大（如超出1024k)，能看到CPU在IO等待的值也會(huì)越大。  
  20.    
  21. system（系統(tǒng)）  
  22. • in: 每秒中斷數(shù)，包括時(shí)鐘中斷。  
  23. • cs: 每秒上下文切換數(shù)。  
  24. 注意：上面2個(gè)值越大，會(huì)看到由內(nèi)核消耗的CPU時(shí)間會(huì)越大。  
  25.    
  26. CPU（以百分比表示）  
  27. • us: 用戶進(jìn)程執(zhí)行時(shí)間百分比(user time)  
  28. us的值比較高時(shí)，說明用戶進(jìn)程消耗的CPU時(shí)間多，但是如果長期超50%的使用，那么我們就該考慮優(yōu)化程序算法或者進(jìn)行加速。  
  29. • sy: 內(nèi)核系統(tǒng)進(jìn)程執(zhí)行時(shí)間百分比(system time)  
  30. sy的值高時(shí)，說明系統(tǒng)內(nèi)核消耗的CPU資源多，這并不是良性表現(xiàn)，我們應(yīng)該檢查原因。  
  31. • wa: IO等待時(shí)間百分比  
  32. wa的值高時(shí)，說明IO等待比較嚴(yán)重，這可能由于磁盤大量作隨機(jī)訪問造成，也有可能磁盤出現(xiàn)瓶頸（塊操作）。  
  33. • id: 空閑時(shí)間百分比 

從 vmstat 中可以看到，CPU大部分的時(shí)間浪費(fèi)在等待IO上面，可能是由于大量的磁盤隨機(jī)訪問或者磁盤的帶寬所造成的，bi、bo 也都超過 1024k，應(yīng)該是遇到了IO瓶頸。

 

2.2 iostat

下面再用更加專業(yè)的磁盤 IO 診斷工具來看下相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

 

它的相關(guān)字段說明如下：

 

 

 

 

  1. rrqm/s:    每秒進(jìn)行 merge 的讀操作數(shù)目。即 delta(rmerge)/s  
  2. wrqm/s:    每秒進(jìn)行 merge 的寫操作數(shù)目。即 delta(wmerge)/s  
  3. r/s:       每秒完成的讀 I/O 設(shè)備次數(shù)。即 delta(rio)/s  
  4. w/s:       每秒完成的寫 I/O 設(shè)備次數(shù)。即 delta(wio)/s  
  5. rsec/s:    每秒讀扇區(qū)數(shù)。即 delta(rsect)/s  
  6. wsec/s:    每秒寫扇區(qū)數(shù)。即 delta(wsect)/s  
  7. rkB/s:     每秒讀K字節(jié)數(shù)。是 rsect/s 的一半，因?yàn)槊可葏^(qū)大小為512字節(jié)。(需要計(jì)算)  
  8. wkB/s:     每秒寫K字節(jié)數(shù)。是 wsect/s 的一半。(需要計(jì)算)  
  9. avgrq-sz:  平均每次設(shè)備I/O操作的數(shù)據(jù)大小 (扇區(qū))。delta(rsect+wsect)/delta(rio+wio)  
  10. avgqu-sz:  平均I/O隊(duì)列長度。即 delta(aveq)/s/1000 (因?yàn)閍veq的單位為毫秒)。  
  11. await:     平均每次設(shè)備I/O操作的等待時(shí)間 (毫秒)。即 delta(ruse+wuse)/delta(rio+wio)  
  12. svctm:     平均每次設(shè)備I/O操作的服務(wù)時(shí)間 (毫秒)。即 delta(use)/delta(rio+wio)  
  13. %util:     一秒中有百分之多少的時(shí)間用于 I/O 操作，或者說一秒中有多少時(shí)間 I/O 隊(duì)列是非空的。即 delta(use)/s/1000 (因?yàn)?/span>use的單位為毫秒) 

 

可以看到兩塊硬盤中的 sdb 的利用率已經(jīng) 100%，存在嚴(yán)重的 IO 瓶頸，下一步我們就是要找出哪個(gè)進(jìn)程在往這塊硬盤讀寫數(shù)據(jù)。

2.3 iotop

 

根據(jù) iotop 的結(jié)果，我們迅速的定位到是 flume 進(jìn)程的問題，造成了大量的 IO wait。

但是在開頭我已經(jīng)說了，集群中的機(jī)器配置一樣，部署的程序也都 rsync 過去的一模一樣，難道是硬盤壞了？

這得找運(yùn)維同學(xué)來查證了，***的結(jié)論是：

Sdb為雙盤raid1，使用raid卡為“LSI Logic / Symbios Logic SAS1068E”，無cache。近400的IOPS壓力已經(jīng)達(dá)到了硬件極限。而其它機(jī)器使用的raid卡是“LSI Logic / Symbios Logic MegaRAID SAS 1078”，有256MB cache，并未達(dá)到硬件瓶頸，解決辦法是更換能提供更大IOPS的機(jī)器。

不過前面也說了，我們從軟硬件兩方面著手的目的就是看能否分別尋求代價(jià)最小的解決方案：
 

知道硬件的原因了，我們可以嘗試把讀寫操作移到另一塊盤，然后再看看效果：

 

 

 

3、***的話：另辟蹊徑

其實(shí)，除了用上述專業(yè)的工具定位這個(gè)問題外，我們可以直接利用進(jìn)程狀態(tài)來找到相關(guān)的進(jìn)程。

我們知道進(jìn)程有如下幾種狀態(tài)：

  1. PROCESS STATE CODES  
  2.  D uninterruptible sleep (usually IO)  
  3.  R running or runnable (on run queue)  
  4.  S interruptible sleep (waiting for an event to complete)  
  5.  T stopped, either by a job control signal or because it is being traced.  
  6.  W paging (not valid since the 2.6.xx kernel)  
  7.  X dead (should never be seen)  
  8.  Z defunct ("zombie") process, terminated but not reaped by its parent. 

其中狀態(tài)為 D 的一般就是由于 wait IO 而造成所謂的”非中斷睡眠“，我們可以從這點(diǎn)入手然后一步步的定位問題：

  1. for x in `seq 10`; do ps -eo state,pid,cmd | grep "^D"; echo "----"; sleep 5; done  
  2.  D 248 [jbd2/dm-0-8]  
  3.  D 16528 bonnie++ -n 0 -u 0 -r 239 -s 478 -f -b -d /tmp  
  4.  ----  
  5.  D 22 [kdmflush]  
  6.  D 16528 bonnie++ -n 0 -u 0 -r 239 -s 478 -f -b -d /tmp  
  7.  ----  
  8. # 或者：  
  9. while true; do date; ps auxf | awk '{if($8=="D") print $0;}'; sleep 1; done  
  10.  Tue Aug 23 20:03:54 CLT 2011  
  11.  root       302  0.0  0.0      0     0 ?        D    May22   2:58  \_ [kdmflush]  
  12.  root       321  0.0  0.0      0     0 ?        D    May22   4:11  \_ [jbd2/dm-0-8]  
  13.  Tue Aug 23 20:03:55 CLT 2011  
  14.  Tue Aug 23 20:03:56 CLT 2011  
  15.    
  16. cat /proc/16528/io  
  17.  rchar: 48752567  
  18.  wchar: 549961789  
  19.  syscr: 5967  
  20.  syscw: 67138  
  21.  read_bytes: 49020928  
  22.  write_bytes: 549961728  
  23.  cancelled_write_bytes: 0  
  24.     
  25. lsof -p 16528  
  26.  COMMAND PID USER FD TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME  
  27.  bonnie++ 16528 root cwd DIR 252,0 4096 130597 /tmp  
  28.  <truncated>  
  29.  bonnie++ 16528 root 8u REG 252,0 501219328 131869 /tmp/Bonnie.16528  
  30.  bonnie++ 16528 root 9u REG 252,0 501219328 131869 /tmp/Bonnie.16528  
  31.  bonnie++ 16528 root 10u REG 252,0 501219328 131869 /tmp/Bonnie.16528  
  32.  bonnie++ 16528 root 11u REG 252,0 501219328 131869 /tmp/Bonnie.16528  
  33.  bonnie++ 16528 root 12u REG 252,0 501219328 131869 <strong>/tmp/Bonnie.16528</strong>  
  34.     
  35. df /tmp  
  36.  Filesystem 1K-blocks Used Available Use% Mounted on  
  37.  /dev/mapper/workstation-root 7667140 2628608 4653920 37% /  
  38.     
  39. fuser -vm /tmp  
  40.         USER        PID ACCESS COMMAND  
  41.  /tmp:  db2fenc1   1067 ....m db2fmp  
  42.         db2fenc1   1071 ....m db2fmp  
  43.         db2fenc1   2560 ....m db2fmp  
  44.         db2fenc1   5221 ....m db2fmp 

4、Refer：

[1] Troubleshooting High I/O Wait in Linux

        ——A walkthrough on how to find processes that are causing high I/O Wait on Linux Systems

http://bencane.com/2012/08/06/troubleshooting-high-io-wait-in-linux/

[2] 理解Linux系統(tǒng)負(fù)荷

http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/07/linux_load_average_explained.html
 

[3] 24 iostat, vmstat and mpstat Examples for Linux Performance Monitoring

http://www.thegeekstuff.com/2011/07/iostat-vmstat-mpstat-examples/
 

[4] vmstat vmstat命令

http://man.linuxde.net/vmstat

[5] Linux vmstat命令實(shí)戰(zhàn)詳解

http://www.cnblogs.com/ggjucheng/archive/2012/01/05/2312625.html

[6] 影響Linux服務(wù)器性能的因素

http://www.rocklv.net/2004/news/article_284.html
 

[7] linux磁盤IO查看iostat,vmstat

http://blog.csdn.net/qiudakun/article/details/4699587
 

[8] What Process is using all of my disk IO

http://stackoverflow.com/questions/488826/what-process-is-using-all-of-my-disk-io

[9] Linux Wait IO Problem

http://www.chileoffshore.com/en/interesting-articles/126-linux-wait-io-problem
 

[10] Tracking Down High IO Wait in Linux

http://ostatic.com/blog/tracking-down-high-io-wait-in-linux

原文出自：http://my.oschina.net/leejun2005/blog/355915

責(zé)任編輯：林師授 來源： oschina
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